生物物理化学

生物物理化学は、物理学と物理化学の概念を生物システムの研究に利用する物理科学です。^[1]この分野の研究の最も一般的な特徴は、生物システムを構成する分子またはこれらのシステムの超分子構造の観点から、生物システムのさまざまな現象の説明を求めることです。^[2]生物学的応用とは別に、最近の研究では医療分野でも進歩が見られました。^[3]

生物物理化学の最も古い概念は、物理学と化学の知識を用いて生物学的および生理学的問題に取り組みたいと考えていた物理化学者カール・フリードリヒ・ボンヘッファーの好奇心から始まりました。彼の研究の一例は、神経興奮をシミュレートするために鉄に対する電流の影響を研究したことです。[ 4 ]ゲッティンゲンで^基礎生物物理化学が確立された後、ドイツのノーベル賞受賞者であるマンフレート・アイゲンがそれをさらに発展させました。1971年、彼は物理化学と分光法の2つの研究所を統合することで研究の焦点を改善しました。^[5]現在、ゲッティンゲンでの生物物理化学の研究は、科学の知識を組み合わせて生命プロセスを発見することを目指しています。

著名な科学者であるヘルマン・ベレンセンは、フローニンゲン大学にNMRを用いた生物系内の水とタンパク質のモニタリングに焦点を当てた研究グループを立ち上げました。 ^[6]この研究は、多くの現象を説明する水結合の構造的理解を深めています。^[7]

現在の生物物理学的研究へのアプローチには、イオンチャネル、プロモーター、幹細胞の研究、生体分子の検出と分析などが含まれますが、これらに限定されません。^{[8] [1]}

生物物理化学者は、物理化学で使用されるさまざまな技術を使用して、生物系の構造を調べます。これらの技術には、核磁気共鳴(NMR) などの分光学的方法や、X 線回折、クライオ電子顕微鏡などの他の技術が含まれます。生物物理化学の研究の一例として、2009 年のノーベル化学賞の受賞対象となった研究があります。この賞は、mRNA をポリペプチドに変換する分子機械としての生物学的機能の物理的基礎を解明するのに役立ったリボソームの X線結晶構造解析研究に基づいています。 ^[9]生物物理化学者が取り組んでいるその他の分野には、タンパク質構造と細胞膜の機能構造があります。たとえば、酵素の作用は、タンパク質分子のポケットの形状が基質分子の形状と一致するか、金属イオンの結合による修飾によって説明できます。ATP合成酵素などの多くの大きなタンパク質アセンブリの構造も、基質に作用する際に機械のようなダイナミクスを示します。同様に、生体膜の構造と機能は、異なる組成とサイズのリポソームやリン脂質小胞などのモデル超分子構造の研究を通じて理解される可能性があります。

生物物理化学の知識を人類の利益のために応用した生物学および医学のアプリケーションはいくつかあります。^[10]

脂質二重膜は細胞膜の構成を表す名称である。現在の知識と機器の進歩により、粘度などの脂質二重膜の特性を研究することが可能となった。この研究では蛍光分光法を適用し、リポソームを構成するリン脂質二重膜が1つしかない場合でも、膜内に存在する異なるレベルの粘度を検出できることを明らかにした。^[11]

現代の科学者は、いくつかの分光学的手法により、生物系におけるタンパク質反応の運動学的要素を特定することができます。さらに、レーザー照射を生物反応に当てることで、生物反応を調整したり操作したりすることも可能です。たとえば、 「レーザートラッピング」と呼ばれる技術を使用して、タンパク質の結晶化のプロセスを誘発することができます。^[11]

リボフラビン、または一般的にビタミンB2は、光と酸素の存在下で様々な反応を起こすことができる反応性種になる能力を持っています。^[12]重要な反応はハイドロゲルの合成でした。ハイドロゲルは、形状を維持しながら大量の水を保持できる多孔質材料です。ハイドロゲルの用途には、薬物送達、人工筋肉、組織工学などがあります。^[13]

酵素は化学反応を加速させることができる物質です。^[14]しかし、実際の用途での酵素の使用には、安定性、適合性、コストなど多くの制限があります。生物物理化学の概念を使用することで、これらの制限を改善し、酵素の性能を向上させることができます。^[15]

デオキシリボ核酸（DNA）は、すべての生物の基礎となる分子です。さらに、抗がん剤の主なターゲットでもあります。薬剤とDNAの相互作用を研究することで、研究者はがんを効果的に治療できる薬剤を開発することができます。^[16]

生物物理化学の最も古い研究所として有名なのは、ゲッティンゲンにあるマックス・プランク生物物理化学研究所です。^[17]

生物理化学のジャーナルには、Biophysical Journal、Archives of Biochemistry and Biophysics （ Academic Press発行）、Biochemical and Biophysical Research Communications（Academic Press）、Biochimica et Biophysica Acta（Elsevier Science）、Biophysical Chemistry、An International Journal contributing to the Physics and Chemistry of Biological Phenomena（Elsevier）、Journal of Biochemical and Biophysical Methods（Elsevier）、Journal of Biochemistry、Biology and Biophysics（Taylor & Francis）、Journal de Chimie Physique、Physico-Chimie Biologique（EDP SciencesおよびSociété Française de Chimie）などがあります。

• 生物物理学的手法
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• 生化学

• カンター、チャールズ R. ;シメル、ポール R. (1980)。生物物理化学 - パート I: 生体高分子の立体配座(第 1 版)。WH Freeman & Co Ltd. ISBN 0716711885。
• カンター、チャールズ R. ;シメル、ポール R. (1980)。生物物理化学 - パート II: 生物学的構造と機能の研究のための技術(第 1 版)。WH Freeman & Co Ltd. ISBN 0716711907。
• カンター、チャールズ R. ;シメル、ポール R. (1980)。生物物理化学 - パート III: 生体高分子の挙動(第 1 版)。WH Freeman & Co Ltd. ISBN 0716711923。
• ブルース、マーティン、R.生物物理化学入門。医学教育ジャーナル：1964年9月 - 第39巻 - 第9号 - p 867。{{cite book}}: CS1 maint: 複数の名前: 著者リスト (リンク)
• クーパー、アラン (2015-11-09)。生物物理化学。王立化学協会。ISBN 978-1-78262-510-0。